Measuring the sustainability of a national economy. The application of three measures of sustainability to Ireland

An assessment of the sustainability of the Irish economy has been carried out using three methodologies, enabling comparison and evaluation of the advantages and disadvantages of each, and potential synergies among them. The three measures chosen were economy-wide Material Flow Analysis (MFA), environmentally extended input-output (EE-IO) analysis and the Ecological Footprint (EF). The research aims to assess the sustainability of the Irish economy using these methods and to draw conclusions on their effectiveness in policy making both individually and in combination. A theoretical description discusses the methods and their respective advantages and disadvantages and sets out a rationale for their combined application. The application of the methods in combination has provided insights into measuring the sustainability of a national economy and generated new knowledge on the collective application of these methods. The limitations of the research are acknowledged and opportunities to address these and build on and extend the research are identified. Building on previous research, it is concluded that a complete picture of sustainability cannot be provided by a single method and/or indicator.

Water loss management strategies for developing countries

Diese Arbeit beschäftigt sich mit nicht in Rechnung stellbaren Wasserverlusten in städtischen Versorgungsnetzen in Entwicklungsländern. Es soll das Wissen über diese Verluste erweitert und aufgezeigt werden, ob diese auf ein ökonomisch vertretbares Maß reduziert werden können. Die vorliegende Doktorarbeit untersucht solche unberechneten Wasserverluste und versucht, neben der Quantifizierung von Leckagen auch Entscheidungswerkzeuge für ein verbessertes Management der Versorgungsnetze in Entwicklungsländern zu erarbeiten. Als Fallstudie dient Harare, die Hauptstadt von Simbabwe. Wasserverluste in Verteilungsnetzen sind unvermeidbar, sollten aber auf ein ökonomisch tragbares Niveau reduziert werden, wenn ein nachhaltiger Betrieb erreicht werden soll. Wasserverluste können sowohl durch illegale und ungenehmigte Anschlüsse oder durch Undichtigkeiten im Verteilnetz, als auch durch mangelhafte Mess- und Berechnungssysteme entstehen. Es sind bereits viele Ansätze zur Verringerung von Verlusten in Wasserverteilsystemen bekannt geworden, entsprechend existieren dazu auch zahlreiche Methoden und Werkzeuge. Diese reichen von computergestützten Verfahren über gesetzliche und politische Vorgaben sowie ökonomische Berechnungen bis hin zu Maßnahmen der Modernisierung der Infrastruktur. Der Erfolg dieser Anstrengungen ist abhängig von der Umsetzbarkeit und dem Umfeld, in dem diese Maßnahmen durchgeführt werden. Die Bewertung der Arbeitsgüte einer jeden Wasserversorgungseinheit basiert auf der Effektivität des jeweiligen Verteilungssystems. Leistungs- und Bewertungszahlen sind die meist genutzten Ansätze, um Wasserverteilsysteme und ihre Effizienz einzustufen. Weltweit haben sich zur Bewertung als Indikatoren die finanzielle und die technische Leistungsfähigkeit durchgesetzt. Die eigene Untersuchung zeigt, dass diese Indikatoren in vielen Wasserversorgungssystemen der Entwicklungsländer nicht zur Einführung von Verlust reduzierenden Managementstrategien geführt haben. Viele durchgeführte Studien über die Einführung von Maßnahmen zur Verlustreduzierung beachten nur das gesamte nicht in Rechnung stellbare Wasser, ohne aber den Anteil der Leckagen an der Gesamthöhe zu bestimmen. Damit ist keine Aussage über die tatsächliche Zuordnung der Verluste möglich. Aus diesem Grund ist ein Bewertungsinstrument notwendig, mit dem die Verluste den verschiedenen Ursachen zugeordnet werden können. Ein solches Rechenwerkzeug ist das South African Night Flow Analysis Model (SANFLOW) der südafrikanischen Wasser-Forschungskommission, das Untersuchungen von Wasserdurchfluss und Anlagendruck in einzelnen Verteilbezirken ermöglicht. In der vorliegenden Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass das SANFLOW-Modell gut zur Bestimmung des Leckageanteiles verwendet werden kann. Daraus kann gefolgert werden, dass dieses Modell ein geeignetes und gut anpassbares Analysewerkzeug für Entwicklungsländer ist. Solche computergestützte Berechnungsansätze können zur Bestimmung von Leckagen in Wasserverteilungsnetzen eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von Künstlichen Neuronalen Netzen (Artificial Neural Network – ANN), die trainiert und dann zur Vorhersage der dynamischen Verhältnisse in Wasserversorgungssystemen genutzt werden können. Diese Werte können mit der Wassernachfrage eines definierten Bezirks verglichen werden. Zur Untersuchung wurde ein Mehrschichtiges Künstliches Neuronales Netz mit Fehlerrückführung zur Modellierung des Wasserflusses in einem überwachten Abschnitt eingesetzt. Zur Bestimmung des Wasserbedarfes wurde ein MATLAB Algorithmus entwickelt. Aus der Differenz der aktuellen und des simulierten Wassernachfrage konnte die Leckagerate des Wasserversorgungssystems ermittelt werden. Es konnte gezeigt werden, dass mit dem angelernten Neuronalen Netzwerk eine Vorhersage des Wasserflusses mit einer Genauigkeit von 99% möglich ist. Daraus lässt sich die Eignung von ANNs als flexibler und wirkungsvoller Ansatz zur Leckagedetektion in der Wasserversorgung ableiten. Die Untersuchung zeigte weiterhin, dass im Versorgungsnetz von Harare 36 % des eingespeisten Wassers verloren geht. Davon wiederum sind 33 % auf Leckagen zurückzuführen. Umgerechnet bedeutet dies einen finanziellen Verlust von monatlich 1 Millionen Dollar, was 20 % der Gesamteinnahmen der Stadt entspricht. Der Stadtverwaltung von Harare wird daher empfohlen, aktiv an der Beseitigung der Leckagen zu arbeiten, da diese hohen Verluste den Versorgungsbetrieb negativ beeinflussen. Abschließend wird in der Arbeit ein integriertes Leckage-Managementsystem vorgeschlagen, das den Wasserversorgern eine Entscheidungshilfe bei zu ergreifenden Maßnahmen zur Instandhaltung des Verteilnetzes geben soll.

Modelling the relationship between biomechanics and performance of young sprinting swimmers

The aim of this study was to compute a swimming performance confirmatory model based on biomechanical parameters. The sample included 100 young swimmers (overall: 12.3 ± 0.74 years; 49 boys: 12.5 ± 0.76 years; 51 girls: 12.2 ± 0.71 years; both genders in Tanner stages 1-2 by self-report) participating on a regular basis in regional and national-level events. The 100 m freestyle event was chosen as the performance indicator. Anthropometric (arm span), strength (throwing velocity), power output (power to overcome drag), kinematic (swimming velocity) and efficiency (propelling efficiency) parameters were measured and included in the model. The path-flow analysis procedure was used to design and compute the model. The anthropometric parameter (arm span) was excluded in the final model, increasing its goodness-of-fit. The final model included the throw velocity, power output, swimming velocity and propelling efficiency. All links were significant between the parameters included, but the throw velocity-power output. The final model was explained by 69% presenting a reasonable adjustment (model's goodness-of-fit; x(2)/df = 3.89). This model shows that strength and power output parameters do play a mediator and meaningful role in the young swimmers' performance.

Uma nova abordagem do método Level Set baseada em conhecimento a e priori da forma

The analysis of fluid behavior in multiphase flow is very relevant to guarantee system safety. The use of equipment to describe such behavior is subjected to factors such as the high level of investments and of specialized labor. The application of image processing techniques to flow analysis can be a good alternative, however, very little research has been developed. In this subject, this study aims at developing a new approach to image segmentation based on Level Set method that connects the active contours and prior knowledge. In order to do that, a model shape of the targeted object is trained and defined through a model of point distribution and later this model is inserted as one of the extension velocity functions for the curve evolution at zero level of level set method. The proposed approach creates a framework that consists in three terms of energy and an extension velocity function λLg(θ)+vAg(θ)+muP(0)+θf. The first three terms of the equation are the same ones introduced in (LI CHENYANG XU; FOX, 2005) and the last part of the equation θf is based on the representation of object shape proposed in this work. Two method variations are used: one restricted (Restrict Level Set - RLS) and the other with no restriction (Free Level Set - FLS). The first one is used in image segmentation that contains targets with little variation in shape and pose. The second will be used to correctly identify the shape of the bubbles in the liquid gas two phase flows. The efficiency and robustness of the approach RLS and FLS are presented in the images of the liquid gas two phase flows and in the image dataset HTZ (FERRARI et al., 2009). The results confirm the good performance of the proposed algorithm (RLS and FLS) and indicate that the approach may be used as an efficient method to validate and/or calibrate the various existing equipment used as meters for two phase flow properties, as well as in other image segmentation problems.

Abordagem rítmica probabilística aplicada em análises de fluxo e estabilidade de taludes

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, 2015.

Modeling Flood Stage-Duration-Frequency: A Risk Assessment of Critical Infrastructure in the Tidal Potomac

The service of a critical infrastructure, such as a municipal wastewater treatment plant (MWWTP), is taken for granted until a flood or another low frequency, high consequence crisis brings its fragility to attention. The unique aspects of the MWWTP call for a method to quantify the flood stage-duration-frequency relationship. By developing a bivariate joint distribution model of flood stage and duration, this study adds a second dimension, time, into flood risk studies. A new parameter, inter-event time, is developed to further illustrate the effect of event separation on the frequency assessment. The method is tested on riverine, estuary and tidal sites in the Mid-Atlantic region. Equipment damage functions are characterized by linear and step damage models. The Expected Annual Damage (EAD) of the underground equipment is further estimated by the parametric joint distribution model, which is a function of both flood stage and duration, demonstrating the application of the bivariate model in risk assessment. Flood likelihood may alter due to climate change. A sensitivity analysis method is developed to assess future flood risk by estimating flood frequency under conditions of higher sea level and stream flow response to increased precipitation intensity. Scenarios based on steady and unsteady flow analysis are generated for current climate, future climate within this century, and future climate beyond this century, consistent with the WWTP planning horizons. The spatial extent of flood risk is visualized by inundation mapping and GIS-Assisted Risk Register (GARR). This research will help the stakeholders of the critical infrastructure be aware of the flood risk, vulnerability, and the inherent uncertainty.